KR20230175031A - 공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기 - Google Patents

공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기 Download PDF

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김태영
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Abstract

판 형상을 갖는 베어링 플레이트; 및 상기 베어링 플레이트에 고정 결합되고 상기 베어링 플레이트와 다른 재질로 이루어지는 물질층; 을 포함하고, 상기 물질층의 점탄성은 상기 베어링 플레이트의 점탄성보다 큰 공기 포일 베어링이 개시된다.

Description

공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기{AIR FOIL BEARING AND COMPRESSOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 신규한 구조를 갖는 공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기에 관한 것이다.
베어링(BEARING)은 회전체가 속해서 회전할 수 있도록 지지하는 구성으로서, 볼 베어링, 저널 베어링, 공기 포일 베어링 등 다양한 종류의 베어링이 있다. 이 중, 공기 포일 베어링은 베이스 플레이트, 범프 포일 및 탑 포일로 이루어지는 구성인데, 회전체의 회전에 의해 회전체와 공기 포일 베어링 사이에 공기 필름(air film)을 형성함으로써 회전체를 지지할 수 있을 뿐만 아니라 회전체의 냉각 기능도 수행할 수 있다. 이러한 공기 포일 베어링은 다양한 산업 현장에 사용되는데, 예를 들어, 공기 포일 베어링은 연료 전지에 압축 공기를 제공하기 위한 압축기에 사용될 수 있다.
보다 상세하게, 종래 기술에 따르면, 회전체가 회전에 의해 공기가 유동함으로써 공기 포일 베어링 주변의 압력이 변하게 되면 탑 포일이 범프 포일을 가압하게 되고, 그에 따라 가압된 범프 포일의 형상이 변하게 된다. 그러다가 회전체가 회전을 멈추게 되면 범프 포일은 원래의 형상으로 돌아오게 된다. 즉, 종래 기술에 따르면 범프 포일은 외력에 따라 가역적으로 형상이 변하는 탄성 구조를 갖게 된다.
이를 위해, 종래 기술에 따르면, 범프 포일은 표면이 울퉁불퉁한 일종의 엠보싱 구조를 가졌다. 탄성 구조를 구현하기 위한 범프 포일의 이러한 구조는 공기 포일 베어링을 제조하는 데 필요한 시간을 증가시키는 요소로 작용하였다.
또한, 종래 기술에 따르면 공기 포일 베어링은 탑 포일, 범프 포일 및 베이스 플레이트를 포함하므로 공기 포일 베어링의 제조 과정에서 전술한 3가지 구성의 품질을 모두 관리할 필요가 있다. 따라서, 종래 기술에 따르면, 공기 포일 베어링을 구성하는 부품들의 관리 측면에서도 어려움이 존재하였다.
전술한 종래 기술에 따른 공기 포일 베어링과 달리 엠보싱 구조를 갖는 범프 포일 등을 제거한 간소한 형태의 공기 포일 베어링을 제조하는 방안도 고려될 수 있으나, 이 경우 공기 포일 베어링의 사용 환경에서 공기 포일 베어링을 구성하는 플레이트가 외란(disturbance)에 의해 진동 및 소음이 크게 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래 기술보다 간단한 구조를 가지면서도 외란에 의한 진동과 소음이 저감되는 공기 포일 베어링 및 그러한 공기 포일 베어링이 탑재된 장비를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 판 형상을 갖는 베어링 플레이트; 및 상기 베어링 플레이트에 고정 결합되고 상기 베어링 플레이트와 다른 재질로 이루어지는 물질층; 을 포함하고, 상기 물질층의 점탄성은 상기 베어링 플레이트의 점탄성보다 큰 공기 포일 베어링이 제공된다.
상기 물질층은 상기 베어링 플레이트의 하면에 밀착 고정될 수 있다.
상기 베어링 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고, 상기 베어링 플레이트는, 상기 베어링 플레이트의 둘레를 형성하고, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역; 상기 둘레 영역으로부터 상기 원의 반경 방향(R) 내측으로 이격되는 이격 영역; 및 상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함할 수 있다.
상기 이격 영역의 상기 원주 방향(A) 폭은 상기 연결 영역의 상기 원주 방향(A) 폭보다 클 수 있다.
상기 물질층은, 상기 이격 영역의 하면에 밀착 고정되되 상기 둘레 영역의 하면으로부터 상기 반경 방향(R)으로 이격되도록 구비될 수 있다.
상기 물질층의 하면에 밀착 고정되는 하부 보강 부재; 를 더 포함할 수 있다.
상기 베어링 플레이트는, 상기 베어링 플레이트의 상면에 형성되고 단차 형상을 갖는 단차부; 를 더 포함하고, 상기 단차부를 경계로 상기 베어링 플레이트의 두께가 변할 수 있다.
상기 단차부는 상기 이격 영역에 형성될 수 있다.
상기 이격 영역 중 상기 단차부를 경계로 상기 연결 영역으로부터 이격되는 부분의 두께는 상기 이격 영역 중 상기 단차부를 경계로 상기 연결 영역에 인접하는 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 단차부는, 상기 원주 방향(A)과 교차하는 방향으로 연장되는 제1 단차부; 를 포함할 수 있다.
상기 단차부는, 상기 제1 단차부의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부로부터 연장되되 상기 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 연장되는 제2 단차부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 단차부는, 상기 제1 단차부의 상기 반경 방향(R) 내측 끝부로부터 연장되되 상기 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 연장되는 제3 단차부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 단차부는, 상기 제2 단차부의 상기 원주 방향(A) 양 끝부 중 상기 연결 영역과 인접한 일 끝부와 상기 제3 단차부의 상기 원주 방향(A) 양 끝부 중 상기 연결 영역과 인접한 일 끝부를 연결할 수 있다.
상기 단차부는, 상기 연결 영역을 향해 돌출되는 돌출 구간; 및 상기 돌출 구간의 일 끝부와 연결되고 상기 연결 영역으로부터 멀어지는 방향으로 만입되는 만입 구간; 을 포함할 수 있다.
상기 돌출 구간 및 상기 만입 구간은 상기 반경 방향(R)으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 돌출 구간은, 상기 만입 구간의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부와 연결되는 제1 돌출 구간; 및 상기 만입 구간의 상기 반경 방향(R) 내측 끝부와 연결되는 제2 돌출 구간; 을 포함하고, 상기 제1 돌출 구간의 상기 원주 방향(A) 폭은 상기 제2 돌출 구간의 상기 원주 방향(A) 폭 보다 클 수 있다.
상기 제1 돌출 구간과 상기 연결 영역 간의 거리는 상기 제2 돌출 구간과 상기 연결 영역 간의 거리보다 짧을 수 있다.
상기 베어링 플레이트 및 상기 하부 보강 부재는 스테인리스 스틸이고, 상기 물질층은 에폭시 수지일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 하우징의 일 면에 고정되는 공기 포일 베어링; 을 포함하고, 상기 공기 포일 베어링은, 판 형상을 갖는 베어링 플레이트; 및 상기 베어링 플레이트에 고정 결합되고 상기 베어링 플레이트와 다른 재질로 이루어지는 물질층; 을 포함하고, 상기 물질층의 점탄성은 상기 베어링 플레이트의 점탄성보다 크고, 상기 베어링 플레이트는, 상기 하우징에 고정되는 고정단 영역; 및 상기 하우징으로부터 이격되고 상기 하우징에 대해 상대적으로 이동이 가능하게 구비되는 자유단 영역; 을 포함하는 압축기가 제공된다.
상기 베어링 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고, 상기 베어링 플레이트는, 상기 베어링 플레이트의 둘레를 형성하고, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역; 상기 둘레 영역으로부터 상기 원의 반경 방향(R) 내측으로 이격되는 이격 영역; 및 상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함하고, 상기 둘레 영역은 상기 고정단 영역이고, 상기 이격 영역은 상기 자유단 영역인 압축기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 종래 기술보다 간단한 구조를 가지면서도 외란에 의한 진동과 소음이 저감되는 공기 포일 베어링 및 그러한 공기 포일 베어링이 탑재된 장비를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링을 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링에 구비되는 복수의 이격 영역 중 하나와 그 주변을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 변형되기 전의 모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 변형된 상태의 모습을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 변형되는 경우 둘레 영역, 이격 영역 및 연결 영역의 변형량을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 베어링 플레이트에 구비되는 단차부의 제1 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 베어링 플레이트에 구비되는 단차부의 제2 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 베어링 플레이트에 구비되는 단차부의 제3 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 장착되는 압축기를 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 공기 포일 베어링 및 그 공기 포일 베어링을 포함하는 압축기를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링을 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링에 구비되는 복수의 이격 영역 중 하나와 그 주변을 확대 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 변형되기 전의 모습을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 변형된 상태의 모습을 도시한 단면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 변형되는 경우 둘레 영역, 이격 영역 및 연결 영역의 변형량을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 베어링 플레이트에 구비되는 단차부의 제1 예를 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 베어링 플레이트에 구비되는 단차부의 제2 예를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 공기 포일 베어링의 베어링 플레이트에 구비되는 단차부의 제3 예를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 공기 포일 베어링(10)은 판 형상을 갖는 베어링 플레이트(100)를 포함할 수 있다. 베어링 플레이트(100)는 공기 포일 베어링(10)과는 별개로 구비되는 회전체(예를 들어, 후술할 바와 같이 압축기의 회전부(3))와 소정의 간격을 갖는 상태로 배치될 수 있는데, 회전체가 회전하는 경우 베어링 플레이트와 회전체 사이의 공간에 존재하는 공기(이하, '공기 필름'이라 한다)에 유동이 형성되고 그에 의해 압력장(pressure distribution)이 발생한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 회전체가 회전하는 경우 전술한 공기 필름의 압력장에 의해 회전체를 지지할 수 있게 된다. 특히, 공기 포일 베어링(10)의 경우 다른 종류의 베어링과는 다르게 회전체와 직접 접촉하지 않고도 회전체를 지지할 수 있다는 점에서 이점이 있다.
도 1 등에 도시된 바와 같이 베어링 플레이트(100)의 외측 둘레는 원 형상을 가질 수 있고, 복수의 영역으로 구획될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 달리 베어링 플레이트(100)의 외측 둘레는 원 형상 이외에도 삼각형, 사각형 등의 다각형 형상을 가질 수도 있고, 비정형적인 형상을 가질 수도 있다.
보다 상세하게, 베어링 플레이트(100)는 베어링 플레이트(100)의 둘레를 형성하고, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역(102)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 둘레 영역(102)은 가운데 영역이 뚫려 있는 환(ring) 형상을 가질 수 있다.
또한, 베어링 플레이트(100)는 둘레 영역(102)으로부터 상기 원의 반경 방향(R) 내측으로 이격되는 이격 영역(104)을 더 포함할 수 있다. 전술한 이격 영역(104)은 복수로 구비될 수 있다. 보다 바람직하게, 복수의 이격 영역(104)은 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 등 간격으로 배치될 수 있고, 복수의 이격 영역(104)은 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 베어링 플레이트(100)에는 4개 내지 6개의 이격 영역(104)이 구비될 수 있다. 도 1에는 이격 영역(104)이 각각 6개가 구비된 모습이 도시되어 있다.
계속해서 도 1을 참고하면, 베어링 플레이트(100)는 둘레 영역(102)과 이격 영역(104)을 연결하는 연결 영역(106)을 포함할 수 있다. 연결 영역(106)은 이격 영역(104)의 개수에 대응되는 개수를 가질 수 있다. 예를 들어, 연결 영역(106)과 이격 영역(104)은 일대일로 대응될 수 있다.
한편, 연결 영역(106)은 이격 영역(104)의 상기 원주 방향(A) 일 끝부와 둘레 영역(102)을 연결할 수 있다. 보다 상세하게, 도 1에 도시된 바와 같이, 베어링 플레이트(100)에 구비되는 복수의 연결 영역(106)은 각각 복수의 이격 영역(104)의 두 원주 방향(A) 양 끝부 중 제1 원주 방향(A1)의 일 끝부와 둘레 영역(102)을 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제1 원주 방향(A1)이 반시계 방향인 경우, 베어링 플레이트(100)에 구비되는 복수의 이격 영역(104)은 각각 연결 영역(106)으로부터 시계 방향(즉, 제1 원주 방향(A1)과 반대 방향인 제2 원주 방향(A2))으로 연장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이격 영역(104)의 원주 방향(A) 폭은 연결 영역(106)의 원주 방향(A) 폭보다 클 수 있다. 따라서, 둘레 영역(102)과 이격 영역(104) 사이에는 소정의 빈 공간이 형성될 수 있다. 후술할 바와 같이 둘레 영역(102)은 일 구성에 고정되는 고정단 영역일 수 있고, 이격 영역(104)은 상기 일 구성에 고정되지 않고 변형될 수 있는 자유단 영역일 수 있다. 따라서, 플레이트(100)에 힘이 작용하지 않는 경우에 베어링 플레이트(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 변형되지 않은 상태를 유지하고 있다가, 베어링 플레이트(100)에 힘이 작용하는 경우, 예를 들어, 회전부(3)가 회전함으로써 베어링 플레이트(100)와 회전부(3) 사이의 공기 필름에 압력장이 형성되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 일 구성에 고정되는 둘레 영역(102)는 변형되지 않은 상태를 유지하는 반면, 이격 영역(104)은 공기 필름의 압력장에 의해 변형된다. 보다 상세하게, 이격 영역(104)의 변형량은 연결 영역(106)과 멀어질수록 증가하게 된다. 이 경우, 베어링 플레이트(100)와 회전부(3) 사이 공간은 일종의 쐐기(wedge) 형상을 가지게 되고, 그에 따라 압력장이 발생하는 면적 역시 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 압력장의 면적이 증가한 만큼 회전부(3)에 작용하는 하중을 보다 많이 지지할 수 있게 된다.
한편, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 공기 포일 베어링(10)은 베어링 플레이트(100)에 고정 결합되고 베어링 플레이트(100)와 다른 재질로 이루어지는 물질층(200)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 물질층(200)은 공기 포일 베어링(10)의 작동 환경 내에서 외란(disturbance)에 의해 베어링 플레이트(100)에 발생하는 진동 및 소음을 저감하기 위한 구성일 수 있다. 전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 물질층(200)의 점탄성(viscoelasticity)은 베어링 플레이트(100)의 점탄성보다 클 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 공기 포일 베어링(10)의 작동 환경에서 점탄성이 상대적으로 큰 물질층(200) 내에서 전단 변형(shearing strain)이 발생할 수 있고, 그에 따라 전술한 베어링 플레이트(100)에 발생하는 진동 및 소음을 물질층(200)이 흡수할 수 있게 된다.
한편, 베어링 플레이트(100)는 금속 재질을 포함할 수 있다. 일 예로, 베어링 플레이트(100)는 스테인리스 스틸일 수 있고, 물질층(200)은 에폭시 수지일 수 있다. 에폭시 수지는 i) 내열성이 우수하므로 공기 포일 베어링(100)이 고온의 환경 하에서 사용되는 경우에도 물질층(200)이 손상될 우려가 적고, ii) 에폭시 수지의 제조 과정에서 경화에 따른 형상 정도가 낮아 정밀 성형이 가능하므로 물질층(200)의 두께 및 형상을 자유롭게 설계할 수 있으며, iii) 비틀림 등에 의한 변형이 낮아 내구성이 우수하므로 공기 포일 베어링(10)의 전체적인 내구성 향상에도 기여할 수 있다. 그러나, 물질층(200)의 소재는 에폭시 수지에 제한되지는 않으며, 베어링 플레이트(100)의 점탄성보다 큰 점탄성을 갖는 소재라면 물질층(200)에 다양하게 사용될 수 있다.
보다 상세하게, 물질층(200)은 베어링 플레이트(100)의 하면에 밀착 고정될 수 있다. 이는, 도 3 및 도 4를 기준으로, 공기 포일 베어링(10)이 사용될 때, 베어링 플레이트(100)에서 공기 필름을 사이에 두고 회전부(3)와 마주보는 면을 베어링 플레이트(100)의 상면이라고 정의하였을 때, 물질층(200)은 베어링 플레이트(100)의 상면의 반대측 면인 하면에 밀착 고정되는 것으로 이해될 수 있다. 이는, 물질층(200)이 공기에 의해 형성되는 압력장에 직접 노출되지 않도록 함으로써 물질층(200)의 손상을 방지하기 위한 것으로 이해될 수 있다.
계속해서 도 3 및 도 4를 참고하면, 공기 포일 베어링(10)은 물질층(200)의 하면에 밀착 고정되는 하부 보강 부재(300)를 더 포함할 수 있다. 하부 보강 부재(300)는 외부에 대한 물질층(200)의 노출을 최소화함으로써 물질층(200)의 손상을 방지하기 위한 구성일 수 있다.
하부 보강 부재(300)가 물질층(200)의 하면에 밀착 고정된다는 것은 물질층(200)을 사이에 두고 베어링 플레이트(100)와 하부 보강 부재(300)가 서로 마주보도록 구비되는 것으로 이해될 수 있다. 하부 보강 부재(300)는 스테인리스 스틸일 수 있다. 베어링 플레이트(100)와 하부 보강 부재(300)가 모두 스테인리스 스틸인 경우 베어링 플레이트(100)와 하부 보강 부재(300)는 동일한 종류의 스테인리스 스틸일 수 있다. 예를 들어, 베어링 플레이트(100) 및 하부 보강 부재(300)는 SUS 304일 수 있으나, 스테인리스 스틸의 종류는 SUS 304에 제한되지 않는다.
한편, 후술할 바와 같이 공기 포일 베어링(10)의 사용 환경에서 베어링 플레이트(100)의 일 측은 고정되고, 베어링 플레이트(100)의 타 측은 이동 가능하게 구비될 수 있다. 즉, 베어링 플레이트(100)의 상기 일 측은 고정단 영역일 수 있고, 베어링 플레이트(100)의 상기 타 측은 자유단 영역일 수 있다. 보다 상세하게, 둘레 영역(102) 및 연결 영역(106)은 고정단 영역일 수 있고, 이격 영역(104)은 자유단 영역일 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 공기 포일 베어링(10)이 변형되었을 때, 고정단 영역이 둘레 영역(102)과 연결 영역(106)은 휘어지지 않는 반면, 자유단 영역인 이격 영역(104)은 휘어지게 된다. 특히, 이격 영역(104) 중에서도 연결 영역(106)으로부터 멀어지는 부분일수록 휘어지는 정도가 커지게 된다.
따라서, 공기 포일 베어링(10)의 사용 과정에서 베어링 플레이트(100)에 발생하는 소음 및 진동 문제는 자유단 영역에서 크게 발생하므로, 자유단 영역에서 발생하는 소음 및 진동 문제를 해소하기 위해서는 물질층(200)이 자유단 영역에 밀착 고정될 필요가 있다.
상기 내용을 토대로 살펴보면, 본 발명에 따른 물질층(200)은 자유단 영역인 이격 영역(104)의 하면에 밀착 고정되되, 둘레 영역(102) 및 연결 영역(106)의 하면으로부터 반경 방향(R)으로 이격되도록 구비될 수 있다. 이는, 물질층(200)이 둘레 영역(102)의 하면에는 구비되지 않는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 달리 물질층(200)은 둘레 영역(102), 연결 영역(106)의 하면에 밀착 고정될 수도 있다. 한편, 전술한 바와 같이 하부 보강 부재(300)는 물질층(200)의 하면에 밀착 고정될 수 있다. 따라서, 공기 포일 베어링(10)에서 하부 보강 부재(300)가 구비되는 영역은 물질층(200)이 구비되는 영역에 대응될 수 있다.
계속해서 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 공기 포일 베어링(10)의 베어링 플레이트(100)는 베어링 플레이트(100)의 상면에 형성되고 단차 형상을 갖는 단차부(110)를 더 포함할 수 있고, 단차부(110)를 경계로 베어링 플레이트(100)의 두께가 변할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단차부(110)가 형성되는 부분을 경계로 베어링 플레이트(100)와 회전부(3) 사이의 간격, 즉, 공기 필름의 폭이 변하게 된다. 이 경우, 공기 포일 베어링(10)의 사용 환경에서 회전부(3)가 회전하기 시작할 때, 공기 필름에 적절한 압력장을 형성할 수 있게 되고, 그에 따라 베어링 플레이트(100)의 자유단 영역, 즉, 이격 영역(104)이 공기 필름으로부터 멀어지는 방향으로 휘어질 수 있다. 즉, 단차부(110)는 회전부(3)의 초기 회전 시 공기 필름에 적절한 압력장이 형성될 수 있도록 함으로써, 베어링 플레이트(100)의 자유단 영역이 휘어지도록 하고, 그에 따라 공기 필름이 소정의 쐐기(wedge) 형상을 갖도록 하기 위한 구성일 수 있다.
일 예로, 단차부(110)는 식각(etching) 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 단차부(110)는 베어링 플레이트(100)의 표면에 화학 용액 또는 가스를 분사함으로써 형성될 수 있다.
전술한 단차부(110)는 자유단 영역인 이격 영역(104)에 형성될 수 있다. 이는, 공기 필름 중 이격 영역(104) 부근의 영역에서 공기 필름의 압력장이 형성될 수 있도록 함으로써 이격 영역(104)이 효과적으로 휘어질 수 있도록 하기 위함일 수 있다.
보다 상세하게, 단차부(110)는 이격 영역(104) 중 단차부(110)를 경계로 연결 영역(106)으로부터 이격되는 부분의 두께는 이격 영역(104) 중 단차부(110)를 경계로 연결 영역에 인접하는 부분의 두께보다 얇을 수 있다. 이는, 단차부(110)를 경계로 연결 영역(106)으로부터 이격되는 영역에서 공기 필름의 두께보다 단차부(110)를 경계로 연결 영역(106)에 인접한 영역에서 공기 필름의 두께가 더 작도록 함으로써 단차부(110) 부근에서 공기 필름의 압력장이 형성되도록 하기 위함일 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참고하여, 단차부(110)의 다양한 형상에 대해서 설명한다.
도 6을 참고하면, 단차부(110)는 원주 방향(A)과 교차하는 방향으로 연장되는 제1 단차부(111)를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 제1 단차부(111)는 반경 방향(R)과 나란하게 연장될 수 있다. 도 6에는 본 발명의 제1 예로서, 제1 단차부(111)는 이격 영역(104)의 반경 방향(R) 외측 끝부로부터 반경 방향(R) 내측 끝부까지 연장된 모습이 도시되어 있다.
반면, 도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 예에 따르면 단차부(110)는 원주 방향(A)과 교차하는 방향으로 연장되는 제1 단차부(111) 이외에도 제1 단차부(111)의 반경 방향(R) 외측 끝부로부터 연장되되 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 연장되는 제2 단차부(112) 및 제1 단차부(111)의 반경 방향(R) 내측 끝부로부터 연장되되 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 연장되는 제3 단차부(113)를 더 포함할 수 있다. 이는, 베어링 플레이트(100)를 위에서 바라보았을 때, 단차부(110)가 전체적으로 U자 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 보다 바람직하게, 본 발명의 제2 예에서 제2 단차부(112) 및 제3 단차부(113)는 원주 방향(A)과 나란하게 연장될 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 제2 예에 따르면, 제1 단차부(111)는 제2 단차부(112)의 원주 방향(A) 양 끝부 중 연결 영역(106)과 인접한 일 끝부와 제3 단차부(113)의 원주 방향(A) 양 끝부 중 연결 영역(106)과 인접한 일 끝부를 연결할 수 있다.
한편, 도 8을 참고하면, 본 발명의 제3 예에 따르면, 단차부(110)는 연결 영역(106)을 향해 돌출되는 돌출 구간(114) 및 돌출 구간(114)의 일 끝부와 연결되고 연결 영역(106)으로부터 멀어지는 방향으로 만입되는 만입 구간(115)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 돌출 구간(114) 및 만입 구간(115)은 반경 방향(R)으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이는 단차부(110)가 대략 반경 방향(R)을 따라 물결 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
계속해서 도 8을 참고하면, 돌출 구간(114)은 만입 구간(115)의 반경 방향(R) 외측 끝부와 연결되는 제1 돌출 구간(114a) 및 만입 구간(115)의 반경 방향(R) 내측 끝부와 연결되는 제2 돌출 구간(114b)을 포함할 수 있다. 일 예로, 도 8에는 제1 돌출 구간(114a)의 원주 방향(A) 폭은 제2 돌출 구간(114b)의 원주 방향 폭(A) 폭보다 크되, 제1 돌출 구간(114a)과 연결 영역(106) 간의 원주 방향(A) 거리가 제2 돌출 구간(114b)과 연결 영역(106) 간의 원주 방향(A) 거리보다 짧게 구비되는 모습이 도시되어 있다.
이하, 공기 포일 베어링(10)에 대해 전술한 내용을 토대로 본 발명에 따른 압축기(1)를 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 공기 포일 베어링이 장착되는 압축기를 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 압축기(1)는 하우징(2), 하우징(2)의 일 면에 고정되는 공기 포일 베어링(10) 및 공기 포일 베어링(10)으로부터 이격되고 하우징(2)에 대해 회전 가능하게 구비되는 회전부(3)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 공기 포일 베어링(10)은 판 형상을 갖는 베어링 플레이트(100) 및 베어링 플레이트(100)에 고정 결합되고 베어링 플레이트(100)와 다른 재질을 갖는 물질층(200)을 포함할 수 있다(도 1 내지 도 8 참고). 이때, 물질층(200)의 점탄성은 베어링 플레이트(100)의 점탄성보다 클 수 있다.
또한, 베어링 플레이트(100)는 하우징(2)에 고정되는 고정단 영역 및 하우징(2)으로부터 이격되고 하우징(2)에 대해 상대적으로 이동 가능하게 구비되는 자유단 영역을 포함할 수 있다. 즉, 도 1을 참고하면, 전술한 고정단 영역은 하우징(2)과 마주보도록 구비되는 반면, 전술한 자유단 영역은 하우징(2)으로부터 회전부(3) 방향으로 이격되어 있을 수 있다. 이 경우, 자유단 영역이 압축기(1) 내부의 빈 공간에 노출되므로 자유단 영역이 하우징(2)과 마주보도록 구비되는 경우와 비교하여 높은 냉각 효율을 가질 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 베어링 플레이트(100)의 외측 둘레는 원 형상을 가지고, 베어링 플레이트(100)는 베어링 플레이트(100)의 둘레를 형성하고 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역(102), 둘레 영역(102)으로부터 원의 반경 방향(R) 내측으로 이격되는 이격 영역(104) 및 둘레 영역(102)과 이격 영역(104)을 연결하는 연결 영역(106)을 포함할 수 있다. 이때, 둘레 영역(102)은 전술한 고정단 영역일 수 있고, 이격 영역(104)은 전술한 자유단 영역일 수 있다. 보다 상세하게, 이격 영역(104)은 회전부(3)와 마주보도록 구비될 수 있고, 이격 영역(104)과 회전부(3) 사이의 공간에는 전술한 공기 필름이 형성될 수 있다. 한편, 도 3 및 도 4의 상하 방향은 도 9의 좌우 방향에 대응될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
1 : 압축기
2 : 하우징
3 : 회전부
10 : 공기 포일 베어링
100 : 베어링 플레이트
102 : 둘레 영역
104 : 이격 영역
106 : 연결 영역
110 : 단차부
111 : 제1 단차부
112 : 제2 단차부
113 : 제3 단차부
114 : 돌출 구간
114a : 제1 돌출 구간
114b : 제2 돌출 구간
115 : 만입 구간
200 : 물질층
300 : 하부 보강 부재
R : 반경 방향
A : 원주 방향
A1 : 제1 원주 방향
A2 : 제2 원주 방향

Claims (20)

  1. 판 형상을 갖는 베어링 플레이트; 및
    상기 베어링 플레이트에 고정 결합되고 상기 베어링 플레이트와 다른 재질로 이루어지는 물질층; 을 포함하고,
    상기 물질층의 점탄성은 상기 베어링 플레이트의 점탄성보다 큰 공기 포일 베어링.
  2. 청구항 1에서,
    상기 물질층은 상기 베어링 플레이트의 하면에 밀착 고정되는 공기 포일 베어링.
  3. 청구항 1에서,
    상기 베어링 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고,
    상기 베어링 플레이트는,
    상기 베어링 플레이트의 둘레를 형성하고, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역;
    상기 둘레 영역으로부터 상기 원의 반경 방향(R) 내측으로 이격되는 이격 영역; 및
    상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함하는 공기 포일 베어링.
  4. 청구항 3에서,
    상기 이격 영역의 상기 원주 방향(A) 폭은 상기 연결 영역의 상기 원주 방향(A) 폭보다 큰 공기 포일 베어링.
  5. 청구항 3에서,
    상기 물질층은,
    상기 이격 영역의 하면에 밀착 고정되되 상기 둘레 영역의 하면으로부터 상기 반경 방향(R)으로 이격되도록 구비되는 공기 포일 베어링.
  6. 청구항 1에서,
    상기 물질층의 하면에 밀착 고정되는 하부 보강 부재; 를 더 포함하는 공기 포일 베어링.
  7. 청구항 3에서,
    상기 베어링 플레이트는,
    상기 베어링 플레이트의 상면에 형성되고 단차 형상을 갖는 단차부; 를 더 포함하고,
    상기 단차부를 경계로 상기 베어링 플레이트의 두께가 변하는 공기 포일 베어링.
  8. 청구항 7에서,
    상기 단차부는 상기 이격 영역에 형성되는 공기 포일 베어링.
  9. 청구항 8에서,
    상기 이격 영역 중 상기 단차부를 경계로 상기 연결 영역으로부터 이격되는 부분의 두께는 상기 이격 영역 중 상기 단차부를 경계로 상기 연결 영역에 인접하는 부분의 두께보다 얇은 공기 포일 베어링.
  10. 청구항 7에서,
    상기 단차부는,
    상기 원주 방향(A)과 교차하는 방향으로 연장되는 제1 단차부; 를 포함하는 공기 포일 베어링.
  11. 청구항 10에서,
    상기 단차부는,
    상기 제1 단차부의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부로부터 연장되되 상기 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 연장되는 제2 단차부; 를 더 포함하는 공기 포일 베어링.
  12. 청구항 11에서,
    상기 단차부는,
    상기 제1 단차부의 상기 반경 방향(R) 내측 끝부로부터 연장되되 상기 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 연장되는 제3 단차부; 를 더 포함하는 공기 포일 베어링.
  13. 청구항 12에서,
    상기 제1 단차부는,
    상기 제2 단차부의 상기 원주 방향(A) 양 끝부 중 상기 연결 영역과 인접한 일 끝부와 상기 제3 단차부의 상기 원주 방향(A) 양 끝부 중 상기 연결 영역과 인접한 일 끝부를 연결하는 공기 포일 베어링.
  14. 청구항 8에서,
    상기 단차부는,
    상기 연결 영역을 향해 돌출되는 돌출 구간; 및
    상기 돌출 구간의 일 끝부와 연결되고 상기 연결 영역으로부터 멀어지는 방향으로 만입되는 만입 구간; 을 포함하는 공기 포일 베어링.
  15. 청구항 14에서,
    상기 돌출 구간 및 상기 만입 구간은 상기 반경 방향(R)으로 서로 이격되도록 배치되는 공기 포일 베어링.
  16. 청구항 15에서,
    상기 돌출 구간은,
    상기 만입 구간의 상기 반경 방향(R) 외측 끝부와 연결되는 제1 돌출 구간; 및
    상기 만입 구간의 상기 반경 방향(R) 내측 끝부와 연결되는 제2 돌출 구간; 을 포함하고,
    상기 제1 돌출 구간의 상기 원주 방향(A) 폭은 상기 제2 돌출 구간의 상기 원주 방향(A) 폭 보다 큰 공기 포일 베어링.
  17. 청구항 16에서,
    상기 제1 돌출 구간과 상기 연결 영역 간의 거리는 상기 제2 돌출 구간과 상기 연결 영역 간의 거리보다 짧은 공기 포일 베어링.
  18. 청구항 6에서,
    상기 베어링 플레이트 및 상기 하부 보강 부재는 스테인리스 스틸이고,
    상기 물질층은 에폭시 수지인 공기 포일 베어링.
  19. 하우징; 및
    상기 하우징의 일 면에 고정되는 공기 포일 베어링; 을 포함하고,
    상기 공기 포일 베어링은,
    판 형상을 갖는 베어링 플레이트; 및
    상기 베어링 플레이트에 고정 결합되고 상기 베어링 플레이트와 다른 재질로 이루어지는 물질층; 을 포함하고,
    상기 물질층의 점탄성은 상기 베어링 플레이트의 점탄성보다 크고,
    상기 베어링 플레이트는,
    상기 하우징에 고정되는 고정단 영역; 및
    상기 하우징으로부터 이격되고 상기 하우징에 대해 상대적으로 이동이 가능하게 구비되는 자유단 영역; 을 포함하는 압축기.
  20. 청구항 19에서,
    상기 베어링 플레이트의 외측 둘레는 원 형상을 가지고,
    상기 베어링 플레이트는,
    상기 베어링 플레이트의 둘레를 형성하고, 상기 원의 원주 방향(A)을 따라 연장되는 둘레 영역;
    상기 둘레 영역으로부터 상기 원의 반경 방향(R) 내측으로 이격되는 이격 영역; 및
    상기 둘레 영역과 상기 이격 영역을 연결하는 연결 영역; 을 포함하고,
    상기 둘레 영역은 상기 고정단 영역이고,
    상기 이격 영역은 상기 자유단 영역인 압축기.
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